COMUNE DI GAVARDO (BS)

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1 COMUNE DI GAVARDO (BS) Progetto Definitivo IMPIANTO DI COGENERAZIONE PER LA PRODUZIONE DI ENERGIA ELETTRICA E TERMICA DA BIOMASSE LEGNOSE doc. N 006_2014 E09 00 CALCOLO RETE DI TERRA E SPECIFICHE SETTEMBRE 2014 IL PROGETTISTA Ing. Sergio Renato Caimi IL PROGETTISTA ARCHITETTONICO Arch. Luca Carminati Studio Raimondi-Carminati

2 INDICE 1. OGGETTO DELLA RELAZIONE TECNICA INDIVIDUAZIONE DEL SITO IMPIANTI ELETTRICI NORMATIVA DI RIFERIMENTO DESCRIZIONE IMPIANTO DI TERRA DIMENSIONAMENTO IMPIANTO DI TERRA Conduttore di terra Dispersori Conduttori equipotenziali Conduttori di protezione Calcolo della resistenza di terra ammissibile IMPIANTO DI TERRA DI CABINA PROVE E COLLAUDI DEFINIZIONI

3 1. OGGETTO DELLA RELAZIONE TECNICA La presente relazione tratta il dimensionamento dell impianto disperdente di terra da realizzare a servizio di un impianto di produzione di energia elettrica a biomassa. 1

4 2. INDIVIDUAZIONE DEL SITO Il sito in oggetto è ubicato a Gavardo in via XXV Aprile 8. L'immobile è composto da un capannone di tipo industriale suddiviso in due ambienti principali che sono il locale caldaia e il locale generatore elettrico sono inoltre presenti un locale tecnico PLC e il bagno con relativo disimpegno. L'immobile è provvisto di cortile esterno in cui sono presenti il bunker interrato per lo stoccaggio e carico del cippato nonché la struttura dedicata alla cabina elettrica di trasformazione Mt/Bt. 2

5 3. IMPIANTI ELETTRICI Gli impianti elettrici saranno alimentati da una cabina di trasformazione di media tensione di pertinenza della proprietà, per cui l impianto è da considerare di tipo TN-S.. 3

6 4. NORMATIVA DI RIFERIMENTO Le norme di riferimento per il dimensionamento dell impianto sono: - Norma CEI 64-8 Impianti elettrici utilizzatori a tensione nominale non superiore a 1000 V in corrente alternata e a 1500 V in corrente continua. - DM 22 gennaio 2008, n. 37 Riordino delle disposizioni legislative in materia di attività di installazione degli impianti elettrici negli edifici. - DPR 462/01 Procedimento per la denuncia di installazioni e dispositivi di protezione contro le scariche atmosferiche, di dispositivi di messa a terra di impianti elettrici e di impianti elettrici pericolosi. - D.Lgs 9 aprile 2008, n. 81 Attuazione dell articolo 1 della Legge 3 agosto 2007, 123 in materia di tutela della salute e della sicurezza nei luoghi di lavoro. - Guida CEI Guida per l esecuzione dell impianto di terra negli edifici per uso residenziale e terziario. - Norma CEI 99-3 Messa a terra degli impianti a tensione superiore a 1 kv in c.a. 4

7 5. DESCRIZIONE IMPIANTO DI TERRA L impianto di terra sarà composta da: Dispersore in corda di terra nuda Dispersore a picchetto Collegamenti equipotenziali Collettori di terra Impianto di terra esistente L'impianto di terra dell'immobile è già esistente ed è quello comune a tutto il complesso industriale dei vari capannoni adiacenti, lo stesso andrà collegato al nuovo impianto di terra da realizzare per la cabina di trasformazione che sarà composto da un dispersore in corda di rame nudo da 50mmq direttamente interrata attorno alla cabina e collegata a quattro picchetti in acciaio della lunghezza di 1,5mt da posizionare come da disegno allegato. Bisognerà fare attenzione che la corda di rame non sia a contatto con il basamento della cabina ma sia in intimo contatto con il terreno, la profondità di posa dovrà essere di almeno 0,5mt. Il basamento in cemento della cabina dovrà essere provvisto di rete elettrosaldata da collegare all'impianto di terra per equipotenzializzare la pavimentazione. Infine si dovrà prevedere un collettore generale di terra a cui collegare oltre le utenze di cabina anche la terra esistente del capannone, l'anello di terra della cabina e la rete elettrosaldata di cui sopra. 6. DIMENSIONAMENTO IMPIANTO DI TERRA Per il dimensionamento dei dispersori (picchetti, corda, ecc.) si dovrà tener presente che gli stessi dovranno avere una buona resistenza sia meccanica che alla corrosione, tali caratteristiche possono essere ottenuta adottando i materiali e le dimensioni minime previste dalle Norme CEI (ved. tabella sotto). Per la resistenza meccanica del conduttore di terra, che è il conduttore che unisce l impianto disperdente al collettore generale di terra presente in cabina, la norma prevede una sezione minima di 25 mm 2 se il conduttore è in rame nudo o 50 mm 2 se in acciaio zincato mentre, per tener conto della tenuta termica, oltre che rispettare le sezioni minime previste, è necessario considerare il valore e la durata della corrente di guasto a terra dichiarate dal distributore di energia nel punto di consegna (cabina). 5

8 6.1. Conduttore di terra Di seguito si procederà comunque al dimensionamento del conduttore di terra applicando la seguente formula: S = ( I 2 t)/k Dove: S= sezione del conduttore di terra I= corrente di guasto a terra (presunta c.a. 40A) T= tempo di interruzione della corrente (presunto 10s) K= coefficiente caratteristico del materiale S = ( I 2 t)/k = ( 50 2 x10)/159 = 0,79mmq Si nota come la componente termica richieda sempre sezioni ben inferiori a quelle minime di norma. Tenendo conto di una sezione minima del conduttore di fase di 150mmq per il collegamento tra cabina e cogeneratore e della prescrizione normativa in cui il conduttore di terra deve comunque avere una sezione minima non inferiore a metà di quella di fase si può evincere che la sezione del conduttore di terra non dovrà essere inferiore a: 90mmq in corda di rame 6.2. Dispersori Per quanto riguarda la sezione minima dei dispersori si dovranno seguire le seguenti indicazioni: Materiale Tipo di dispersore Corpo Dimensione minima Rivestimento/guaina Diametr o (mm) Sezione trasversale (mm 2 ) Spessore (mm) Valori singoli (µm) Valori medi (µm) Acciaio Zincato a caldo Piattina ( 2 ) Profilato (inclusi i piatti) 90(250) 3(5) Tubo Barra tonda per picchetto Tondo per dispersore 16(20)

9 Con guaina di piombo ( 1 ) Con guaina di rame estruso Con guaina di rame elettrolitico orizzontale Tondo per dispersore orizzontale Barra tonda per picchetto Barra tonda per picchetto (500 ) 14.2(15) Rame Nudo Piattina 50 2 Tondo per dispersore orizzontale 25( 3 ) Corda 1.8* 25 Tubo 20 2 Stagnato Corda 1.8* Zincato Piattina Con guaina Corda 1.8* Di piombo( 1 ) Filo tondo * per cavetti singoli ( 1 ) non idoneo per posa diretta in calcestruzzo ( 2 ) piattina, arrotondata o tagliata con angoli arrotondati ( 3 ) in condizioni eccezionali, dove l'esperienza mostra che il rischio di corrosione e di danno meccanico è estremamente basso, si può usare 16 mm 2 Nota: i valori riportati tra parentesi sono quelli comunemente utilizzati in Italia. Per l impianto in oggetto si potranno utilizzare: Dispersori in profilato di acciaio omogeneo con sezione a X zincato a caldo secondo norme CEI; completo di piastrina con n 3 fori Ø 11 mm per la connessione con conduttore di terra. Sezione 50 x 50 x 5 mm Lunghezza 1,5mt. Dispersore in corda di rame nudo: sezione 50mmq 6.3. Conduttori equipotenziali Sono conduttori che collegano fra di loro parti che normalmente si trovano al potenziale di terra garantendo quindi l equipotenzialità fra l impianto di terra e le masse estranee e consentendo di ridurre la resistenza complessiva dell impianto di terra. Le Norme prescrivono le seguenti sezioni minime: 7

10 Conduttori equipotenziali Principale EQP Sezione del conduttoredi protezione principale PE (mm 2 ) Sezione del conduttore equipotenziale (mm 2 ) Per l impianto oggetto di progettazione bisognerà utilizzare conduttori di rame da 25mmq o equivalenti in acciaio zincato Conduttori di protezione Per le sezioni di tali conduttori e per le prescrizioni tecniche si dovrà far riferimento al progetto dell impianto elettrico, di seguito si riporta solo le sezioni minime dettate dalla norma: Protetti meccanicamente Non protetti meccanicamente Sezione conduttore di fase Sezione minima conduttore di terra Sezione minima conduttore di terra Protetto contro la corrosione (In ambienti non particolarmente aggressivi dal punto di vista chimico il rame e il ferro zincato si considerano protetti contro la corrosione) Non protetto contro la corrosione 25 mm 2 se in rame 16 mm 2 se in rame 16 mm 2 se in ferro zincato(secondo Norma CEI 7-6 o con rivestimento equivalente) 50mm 2 se in ferro zincato (secondo la Norma CEI 7-6 o con rivestimento equivalente) 8

11 6.2. Calcolo della resistenza di terra ammissibile Conoscendo la massima tensione totale di terra ammissibile e conoscendo il valore della corrente di guasto si può calcolare la resistenza di terra con la seguente relazione: Rt=Utp/If Dove: If= correnti di guasto a terra dichiarata da Enel Utp= tensione di contatto massima secondo CEI Se dalla misura della resistenza di terra, effettuata ad impianto ultimato, il valore risulta superiore a quello calcolato si devono effettuare le misure di passo e di contatto ed individuare le eventuali zone critiche per approntare idonei accorgimenti sostitutivi. 7. IMPIANTO DI TERRA DI CABINA Essendo l'impianto oggetto di progettazione provvisto di cabina di trasformazione di proprietà del committente bisognerà oltre quanto sopra già descritto, ottemperare ad una serie di accorgimenti impiantistici schematizzati nella figura sotto riportata: 1) Cornici, telai e flange degli isolatori passanti 9

12 2) Intelaiature e supporti di ogni tipo di isolatore 3) Intelaiature dei sezionatori, dei portafusibili e degli interruttori 4) Involucri e supporti metallici dell interruttore automatico MT e di ogni altro apparecchio di controllo e misura 5) La massa del trasformatore (da dimensionare in funzione della corrente di gusto sul lato BT) 6) Il morsetto del neutro del lato BT del trasformatore (da dimensionare in funzione della corrente di guasto sul lato BT) 7) I ripari metallici e le relative incastellature 8) Gli organi di comando manuale di interruttori e sezionatori 9) Le muffole metalliche 10) L armatura metallica dei cavi MT 11) Le intelaiature metalliche di porte, finestre e griglie di areazione 12) Gli armadi metallici delle cabine prefabbricate o altri involucri contenenti apparecchiature MT o BT (per gli armadi contenenti apparecchiature in BT dimensionare in funzione della corrente di guasto in BT) 10

13 8. PROVE E COLLAUDI A montaggio ultimato, dovranno essere effettuate tutte le prove e le misure necessarie per verificare la validità dell impianto di messa a terra. Le prove devono essere realizzate in accordo con l ultima edizione applicabile delle Norme CEI e devono essere come minimo le seguenti: - ispezione visiva di tutta la rete di terra; - controllo delle connessioni di terra; - misura della resistenza di terra - Prova di intervento dei dispositivi di protezione per: - ogni quadro di distribuzione e sub-distribuzione; - ogni carico e motore; - il 10 % degli apparecchi di illuminazione; Qualora dalle prove e dalle misure effettuate risultassero dei valori non in linea con i dati di questa Specifica Tecnica e con quelli indicati nelle Norme da essa citati, si dovrà apportare all impianto di terra le opportune modifiche onde contenere le grandezze entro i limiti accettabili, senza nessun costo aggiuntivo per il Committente. 11

14 9. DEFINIZIONI Terra Termine per designare il terreno sia come luogo che come materiale conduttore, per esempio humus, terriccio, sabbia, ghiaietto e pietra. Terra di riferimento (terra lontana) Zona della superficie del terreno al di fuori dell area di influenza di un dispersore o di un impianto di terra, dove cioè tra due punti qualsiasi non si hanno percettibili differenze di potenziale dovute alla corrente di terra. Dispersore Conduttore appositamente posto in contatto elettrico con il terreno (dispersore intenzionale), o parte metallica in contatto elettrico con il terreno o con l acqua, direttamente o tramite calcestruzzo, il cui scopo originale non è di mettere a terra, ma di soddisfare tutti i requisiti di un dispersore senza compromettere la sua funzione originale (dispersore di fatto). I dispersori intenzionali più frequentemente impiegati sono: Dispersore orizzontale Dispersore generalmente interrato fino ad una profondità di circa 1 m. Questo può essere costituitodi nastri, di tondini o di conduttori cordati che possono essere disposti in modo radiale, ad anello, a maglia o da una loro combinazione. Picchetto di terra Dispersore generalmente interrato od infisso per una profondità superiore ad 1 m. Questo può essere costituito da un tubo, da una barra cilindrica o da altri profilati metallici. Cavo con funzione di dispersore Cavo le cui guaine, i cui schermi o le cui armature hanno la funzione di un dispersore a nastro. Dispersore per il controllo del potenziale di terra Conduttore che per la sua forma e la sua disposizione è principalmente utilizzato per ridurre il gradiente del potenziale sulla superficie del terreno piuttosto che per ottenere un definito valore di resistenza di terra. Esempi di dispersori di fatto sono: le tubature, le palificazioni metalliche, le armature del calcestruzzo (dispersore di fondazione: struttura conduttrice annegata nel calcestruzzo a contatto elettrico con il terreno attraverso un ampia superficie), le strutture in acciaio delle costruzioni, ecc.. Massa Parte conduttrice di un componente elettrico che può essere toccata e che in condizioni ordinarie non è in tensione, ma che può diventarlo in condizioni di guasto. Massa estranea 12

15 Parte conduttrice che non fa parte dell impianto elettrico ed è in grado di introdurre un potenziale, eneralmente il potenziale di terra. Conduttore di terra Conduttore che collega una parte dell impianto che deve essere messo a terra ad un dispersore o che collega tra loro più dispersori, ubicato al di fuori del terreno od interrato nel terreno e da esso isolato. Collegamento equipotenziale Collegamento elettrico tra masse per ridurre al minimo le differenze di potenziale tra queste. Conduttore equipotenziale Conduttore che assicura un collegamento equipotenziale, tra masse estranee e dispersore (conduttore equipotenziale principale) e tra masse estranee (conduttore equipotenziale supplementare). Impianto di terra Sistema limitato localmente costituito da dispersori o da parti metalliche in contatto con il terreno di efficacia pari a quella dei dispersori (per esempio fondazioni di sostegni, armature, schermi metallici di cavi), da conduttori di terra e da conduttori equipotenziali. Mettere a terra Collegare una parte conduttrice al terreno tramite un impianto di terra. Messa a terra L insieme di tutti i mezzi e di tutte le operazioni necessari per realizzare la messa a terra. Resistività del terreno (re) Resistenza elettrica specifica del terreno. Resistenza di terra (RE) (di un dispersore) Resistenza tra il dispersore e la terra di riferimento. Impedenza di terra (ZE) (di un impianto di terra) L impedenza tra l impianto di terra e la terra di riferimento. Tipi di messa a terra Messa a terra di protezione Messa a terra di una parte conduttrice, non destinata ad essere attiva, con lo scopo di proteggere le perso ne dallo shock elettrico. Messa a terra di funzionamento 13

16 Messa a terra di un punto del circuito attivo richiesta per il corretto funzionamento degli impianti e dei suoi componenti elettrici. Messa a terra per la protezione contro le fulminazioni (scariche atmosferiche) Messa a terra per la dissipazione di una corrente di fulmine (scarica atmosferica) verso terra. Tensioni relative agli impianti di terra Tensione totale di terra (UE) Tensione tra un impianto di terra e la terra di riferimento (vedere Fig. A-1). Potenziale della superficie del terreno (j) Tensione tra un punto sulla superficie del terreno e la terra di riferimento (vedere Fig. A-1). Tensione di contatto (UT) Parte della tensione totale di terra dovuta ad un guasto a terra a cui può essere sottoposta una persona. Si assume convenzionalmente che la corrente fluisca attraverso il corpo umano da una mano ai piedi (distanza orizzontale di 1 m dalla massa). Tensione di contatto a vuoto (UST) Tensione che si manifesta durante un guasto a terra tra le masse ed il terreno quando queste masse non vengano toccate. Tensione di passo (US) Parte della tensione totale di terra dovuta ad un guasto a terra a cui può essere sottoposta una persona con un passo di ampiezza pari ad 1 m. Si assume che la corrente fluisca attraverso il corpo umano da piede a piede. Tensione di passo a vuoto USS è la tensione che si manifesta tra due punti del terreno a distanza di 1 m in assenza della persona. Contatto diretto Contatto di persone con parti attive. Contatto indiretto Contatto di persone con masse durante un cedimento dell isolamento. Termini relativi alle differenze di potenziale Controllo del potenziale Controllo del gradiente del potenziale di terra, principalmente sulla superficie del terreno, per mezzo di dispersori (vedere Fig. A-1). Potenziale trasferito Aumento del potenziale di un impianto di terra, causato da una corrente di terra, trasferito per mezzo di un conduttore collegato (per esempio uno schermo metallico di un cavo, un 14

17 conduttore PEN, una tubatura, una rotaia) ad aree a basso livello di potenziale o a potenziale nullo rispetto alla terra. Ciò dà luogo a una differenza di potenziale tra il conduttore e ciò che lo circonda (vedere Fig.A-1). La definizione si applica anche quando un conduttore è collegato alla terra di riferimento e transita nell area soggetta ad un livello di potenziale maggiore. Isolamento del posto di manovra Provvedimento per aumentare la resistenza tra il pavimento in un posto di manovra ed il terreno in modo da non sottoporre l operatore a tensioni non ammissibili. Impianto di terra globale Impianto di terra realizzato con l interconnessione di più impianti di terra che assicura, data la vicinanza degli impianti stessi, l assenza di tensioni di contatto pericolose. Tale impianto permette la ripartizione della corrente di terra in modo da ridurre l aumento di potenziale di terra negli impianti di terra singoli. Si può dire che tale impianto forma una superficie quasi equipotenziale. Questa definizione è limitata alle reti di trasmissione e di distribuzione del Distributore pubblico, ad esempio nel caso di aree urbane concentrate, ed agli impianti utilizzatori alimentati in AT o in MT collegati all impianto di terra globale ed in esso inclusi. Conduttore di protezione (PE) Conduttore prescritto per alcune misure di protezione contro i contatti indiretti per il collegamento di alcune delle seguenti parti: a. masse; b. masse estranee; c. collettore (o nodo) principale di terra negli impianti di bassa tensione; d. dispersore; e. punto di terra della sorgente o neutro artificiale. Termini relativi alle condizioni di guasto a terra Guasto a terra Collegamento conduttivo causato da un guasto tra un conduttore di fase del circuito principale e la terra od una parte collegata a terra. Il collegamento conduttivo può anche avvenire tramite un arco elettrico. Tempo di eliminazione (di durata) del guasto Tempo predisposto per eliminare il guasto da parte dei sistemi di protezione della porzione di circuito interessata dal guasto stesso. Se non vi è dispositivo di richiusura automatica, il tempo di eliminazione del guasto è il tempo che intercorre tra l inizio del guasto a terra e l interruzione del guasto stesso. Se sono installati dispositivi di richiusura automatica, il tempo di eliminazione del guasto a terra è la somma dei tempi di permanenza della corrente di guasto durante un ciclo, O-C-O, di richiusura (purché la durata del ciclo non sia superiore a 5 s). 15

18 Se vi sono dispositivi che effettuano successive richiusura automatiche, agli effetti della determinazione del tempo di eliminazione del guasto a terra, gli eventuali guasti successivi devono essere considerati come indipendenti dal primo. Fig. A-1. Esempio del profilo dei potenziali di superficie e delle tensioni nel caso di dispersori percorsi da corrente. E Dispersore S1, S2, S3 Gradiente di potenziale dei dispersori (es. dispersori ad anello), collegati al dispersore E UE Tensione totale di terra USS Tensione di passo a vuoto UST Tensione di contatto a vuoto UTST Tensione di contatto a vuoto trasferita, se la guaina non è messa a terra al suo terminale remoto UTSTE Tensione di contatto a vuoto trasferita, se la guaina è messa a terra (soluzione consigliata) al suo terminale remoto ϕ Potenziale della superficie del terreno 16

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